摘要：某工廠存在供暖熱負(fù)荷(冬季)、生產(chǎn)工藝熱負(fù)荷(全年)，介紹該廠熱力站及二級管網(wǎng)的系統(tǒng)流程，探討了換熱器、二級主干線供回水壓差控制策略。

    關(guān)鍵字：熱力站；  二級管網(wǎng)；  控制策略；  換熱器；  供回水壓差

Control Strategy of Heat-supply Substation with Coexistent Space Heating Load and Process Heating Load

    Abstract: There are space heating load in winter and annual process heating load in a factory. The system flow of the substation and the secondary circuit of the factory are introduced．The control strategies of heat exchanger and pressure difference between supply water and return water in secondary trunk main are discussed.

    Key words: substation；secondary circuit；control strategy；heat exchanger；pressure difference between supply water and return water

1 系統(tǒng)流程

    某高檔轎車廠位于我國東北地區(qū)，該廠存在供暖熱負(fù)荷(冬季)、生產(chǎn)工藝熱負(fù)荷(全年)，熱源為市政熱水。供暖設(shè)計熱負(fù)荷為75 MW，供熱對象為車間、站房、辦公樓等。生產(chǎn)工藝設(shè)計熱負(fù)荷為25MW，供熱對象為涂裝車間生產(chǎn)線。熱力站、二級管網(wǎng)系統(tǒng)流程見圖1。

    熱力站一級側(cè)供、回溫度為ll0、70℃，配置兩種供熱能力的管道：夏季供熱能力25 MW，規(guī)格Ø462；冬季供熱能力100MW，規(guī)格Ø820。熱力站采用4臺換熱能力為25 MW的殼管式換熱器并聯(lián)運行。夏季只運行一臺換熱器，冬季根據(jù)用戶負(fù)荷，運行l～4臺換熱器。熱力站二級側(cè)熱水先經(jīng)主干線送到廠區(qū)的不同區(qū)域，再經(jīng)各支干線送到每個用戶。支干線1，包括供暖熱負(fù)荷、生產(chǎn)工藝熱負(fù)荷。支干線2、3，僅包括供暖熱負(fù)荷。二級側(cè)安裝5臺二級循環(huán)泵PU1～PU5。在夏季，二級循環(huán)泵PU5工作，流量為330 m³／h，揚程為25 m。在冬季，二級循環(huán)泵PU1～PU4工作，單臺流量為380 m³／h，單臺揚程為50 m，并聯(lián)運行。

    廠區(qū)內(nèi)各用戶設(shè)計供水溫度為90℃，考慮到管道的散熱損耗，二級側(cè)實際供水溫度為(92±1)℃。當(dāng)室外溫度或用戶負(fù)荷波動時，控制系統(tǒng)能夠自動計算二級側(cè)供回水壓差并自動調(diào)節(jié)，精度為壓差計算值的±l％。熱力站有2種運行模式：生產(chǎn)負(fù)荷模式、供暖生產(chǎn)負(fù)荷模式，生產(chǎn)負(fù)荷模式只有生產(chǎn)工藝熱負(fù)荷，供暖生產(chǎn)負(fù)荷模式包括供暖熱負(fù)荷、生產(chǎn)工藝熱負(fù)荷。當(dāng)室外溫度高于l7℃時，切換至生產(chǎn)負(fù)荷模式運行。當(dāng)室外溫度低于15℃時，切換至供暖生產(chǎn)負(fù)荷模式運行。

    定壓補水裝置維持二級回水靜壓恒定(靜壓測點為P1)。定壓補水裝置主要包括補水泵、泄水閥、壓力膨脹罐等。二級循環(huán)泵(PU1～PU5)與二級回水靜壓連鎖。若二級回水靜壓正常(不低于50kPa)，控制系統(tǒng)啟動二級循環(huán)泵；若二級回水靜壓過低(低于40 kPa)且持續(xù)30 s，控制系統(tǒng)關(guān)閉所有正在運行的二級循環(huán)泵，并進行報警。

2 換熱器控制

    ①起?？刂七^程

    以換熱器HE1為例，換熱器的啟動控制過程和關(guān)閉控制過程如下。換熱器HE1啟動控制過程：當(dāng)換熱器HE1滿足啟動條件時，先緩慢(歷經(jīng)l80 s)打開換熱器二級側(cè)開關(guān)閥BV1；然后PID控制器調(diào)節(jié)換熱器一級側(cè)調(diào)節(jié)閥RV1、RV2的相對開度使換熱器二級側(cè)出水溫度(測點TS1)達到設(shè)定值。值得注意的是，換熱器二級側(cè)出水溫度(測點TS1)的設(shè)置值由80℃緩慢(歷經(jīng)l5 min)上升到92℃，避免在換熱器啟動時由于超調(diào)導(dǎo)致機械式溫度控制器TL1動作關(guān)閉換熱器。換熱器HE1關(guān)閉控制過程：當(dāng)換熱器HE1滿足關(guān)閉條件時，先關(guān)閉換熱器一級側(cè)調(diào)節(jié)閥RV1、RV2。然后緩慢(歷經(jīng)l80s)關(guān)閉換熱器二級側(cè)開關(guān)閥BV1。

    ②生產(chǎn)負(fù)荷模式

    進入生產(chǎn)負(fù)荷模式時，啟動l臺換熱器。PID控制器控制換熱器一級側(cè)調(diào)節(jié)閥的相對開度，使換熱器二級側(cè)出水溫度達到設(shè)定值。為了提高控制精度，每臺換熱器的一級側(cè)安裝2個調(diào)節(jié)閥，其中一個調(diào)節(jié)閥最大相對開度對應(yīng)設(shè)計流量的70％，另一個最大相對開度對應(yīng)設(shè)計流量的30％。

    ③供暖生產(chǎn)負(fù)荷模式

    單臺換熱器的額定熱功率為25 MW，一級供、回水溫度為110、70℃，則額定熱功率下單臺換熱器一級側(cè)流量為537．5 m³／h。當(dāng)實際熱功率為額定熱功率的75％時，流量約403 m³／h。各臺換熱器的一級側(cè)流量之和為一級側(cè)總流量。

    進入供暖生產(chǎn)負(fù)荷模式時，先啟動第一臺換熱器。然后根據(jù)以下控制策略啟動其他換熱器：當(dāng)一級側(cè)總流量大于403 m³／h并持續(xù)300 s后，啟動第2臺換熱器；大于806 m³／h并持續(xù)300 s后，啟動第3臺換熱器；大于1 209 m³／h并持續(xù)300 s后，啟動第4臺換熱器。

    關(guān)閉換熱器時，流量控制的滯后量設(shè)定為-80 m³／h，即當(dāng)一次側(cè)總流量小于1 129 m³／h并持續(xù)60 s后，關(guān)閉第4臺換熱器；小于726 m³／h并持續(xù)60 s后，關(guān)閉第3臺換熱器；小于3 23 m³／h并持續(xù)60 s后，關(guān)閉第2臺換熱器。

    ④安全溫度控制

    當(dāng)換熱器二級側(cè)出水溫度大于機械式溫度控制器的設(shè)定值(95℃)時，機械式溫度控制器動作，立即關(guān)閉該換熱器的一級側(cè)調(diào)節(jié)閥，并發(fā)出報警。當(dāng)換熱器二級側(cè)出水溫度下降到正常溫度后，換熱器一級側(cè)調(diào)節(jié)閥重新打開。當(dāng)某臺換熱器一級側(cè)調(diào)節(jié)閥關(guān)閉5次后，該換熱器關(guān)閉退出運行，并發(fā)出報警。操作人員經(jīng)現(xiàn)場檢查處理并復(fù)位后，切換到正常狀態(tài)。

3 二級主干線供回水壓差控制

    為了降低主干線壓力波動的影響，提高供熱穩(wěn)定性，在每個用戶的熱力入口回水管安裝自力式壓差控制閥，保證各用戶的供回水壓差恒定。在主干線安裝供回水壓差傳感器DP1，用于監(jiān)測主干線供回水壓差。

    ①生產(chǎn)負(fù)荷模式

    在生產(chǎn)負(fù)荷模式下，二級循環(huán)泵PU5工作。為了適應(yīng)負(fù)荷變化，提高二級主干線壓差控制質(zhì)量，采用PID串級控制方式(一個PID控制器的輸出值是另一個PID控制器的設(shè)定值)對二級側(cè)主干線供回壓差進行控制。

    二級主干線供回水壓差PID控制器根據(jù)用戶實際供回壓差(輸入值)、自力式壓差控制閥設(shè)定值(設(shè)定值)，輸出所需的二級主干線供回水壓差。對于兩個以上的用戶，取輸出的最大值。二級循環(huán)泵PU5轉(zhuǎn)速PID控制器根據(jù)二級主干線供回水壓差PID控制器的輸出值(設(shè)定值)、二級主干線供回水壓差傳感器(DPI)實測信號(輸入值)，輸出調(diào)節(jié)二級循環(huán)泵PU5轉(zhuǎn)速的信號，實現(xiàn)二級主干線供回水壓差的控制。

    當(dāng)二級循環(huán)泵PU5出現(xiàn)故障(如變頻器故障、過載)時，自動切換到另一臺二級循環(huán)泵(PU1～PU4)運行。雖然切換后的二級循環(huán)泵功率、揚程比PU5大，但通過變頻調(diào)速控制，可以實現(xiàn)二級主干線供回水壓差控制。當(dāng)二級循環(huán)泵PU5恢復(fù)正常后，再自動切換到PU5運行。

    ②供暖生產(chǎn)負(fù)荷模式

    供暖生產(chǎn)負(fù)荷模式二級循環(huán)泵PU1～PU4工作，二級主干線供回水壓差控制原理與生產(chǎn)負(fù)荷模式類似。若二級循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速大于等于額定轉(zhuǎn)速的98％且持續(xù)2 min，增加1臺二級循環(huán)泵。當(dāng)2臺及2臺以上的二級循環(huán)泵運行時，若二級循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速的60％且持續(xù)2 min，減少1臺二級循環(huán)泵。所有正在運行的二級循環(huán)泵以同一轉(zhuǎn)速運行。當(dāng)l臺正在運行的二級循環(huán)泵出現(xiàn)故障(如變頻器故障、過載)且循環(huán)泵運行數(shù)量小于4臺時，立即啟動備用二級循環(huán)泵運行。

4 結(jié)語

    合理的熱網(wǎng)、熱力站控制策略要有完善的設(shè)備保護功能，并實現(xiàn)節(jié)能高效?？刂撇呗砸c工程實際需求相適應(yīng)，并在實踐中加以完善和改進。

本文作者：張成禮龐洛明

作者單位：中國汽車工業(yè)工程公司自控工程院